ギヤ（歯車）とは？設計のポイントと製品選定

平歯車は、もっとも基本的なギヤです。歯が軸に対してまっすぐに配置されており、平行な2本の軸の間で動力を伝えます。構造が比較的シンプルで、製作しやすく、幅広い用途に使われます。一方で、高速回転時や高負荷時には、かみ合い音や振動が問題になることがあります。

はすば歯車は、歯すじが斜めになっているギヤです。歯が徐々にかみ合うため、平歯車に比べて静かに回転しやすく、動力伝達も滑らかです。この歯の構造のため軸方向の力（スラスト荷重）が発生します。そのため、軸受やハウジングの設計もあわせて考える必要があります。

かさ歯車は、交差する軸同士で回転を伝えるために使われるギヤです。代表的には、90度方向に回転軸を変えたい場合に使われます。機械のスペースに制約がある場合や、動力の向きを変えたい場合に有効です。

ウォームギヤは、ねじ状のウォームと、歯車状のウォームホイールを組み合わせた機構です。大きな減速比を得やすく、コンパクトな減速機構に使われます。ただし、すべり接触が多いため、摩擦や摩耗、潤滑条件が重要になります。材質選定や潤滑の有無によって、寿命や効率が大きく変わる場合があります。

ラック＆ピニオンは、円形のピニオンギヤと直線状のラックを組み合わせた機構です。回転運動を直線運動に変換できます。直動機構、位置決め機構、搬送装置などで使われます。

内歯車は、円筒の内側に歯を持つギヤです。遊星歯車機構では、太陽歯車、遊星歯車、内歯車、キャリアなどを組み合わせて、省スペースで大きな減速比を得ることができます。ロボット、減速機、自動車、精密機械などで使われます。

金属ギヤは、高い強度や剛性が必要な用途で広く使われます。高荷重、高トルク、高温条件などでは、金属ギヤが基本候補になります。
一方で、重量が増えやすい、潤滑が必要になりやすい、金属同士のかみ合い音が発生しやすいなどの課題もあります。

樹脂ギヤは、金属ギヤに比べて軽く、低騒音化しやすい点が特徴です。装置の軽量化、慣性低減、コスト低減、静音化を目的に採用されることがあります。
ただし、樹脂の種類によって強度、耐熱性、耐摩耗性、吸水性、寸法安定性が大きく異なります。金属ギヤから置き換える場合は、荷重や温度、摩耗条件を確認する必要があります。

高機能樹脂ギヤは、単なる軽量化だけでなく、耐摩耗性、自己潤滑性、低摩擦、耐薬品性、特殊環境への対応などを目的に使われます。
イグスのイグリデュール製ギヤは、固体潤滑剤を含む高機能ポリマーを使用しており、外部潤滑を不要にできること、耐摩耗性、低騒音性、メンテナンス低減などを特長としています。

イグリデュールは、イグスが開発した高機能ポリマー材質です。ベースポリマーに、補強材や固体潤滑剤を組み合わせることで、摩擦・摩耗を考慮した材料設計がされています。
イグリデュール製ギヤは、無潤滑、低摩耗、低騒音、軽量化、特殊形状への対応などを検討したい用途で候補になります。

ギヤは、数量が多い量産品であれば射出成形ギヤが適しています。金型は必要ですが、同じ形状を多く作る場合に経済的です。
一方、試作・少量品・特殊形状・交換部品では、3Dプリントギヤが有効です。金型が不要なため、CADデータから必要な形状を必要な数だけ製作しやすく、短納期での検討にも向いています。

イグスの3Dプリントギヤでは、用途やギヤ形状に応じて材質を選定します。代表的な材質として、イグリデュール i3、i6、i8-ESDなどがあります。イグスの3Dプリントにおいて、i3は平歯車やはすば歯車など、i6はウォームギヤ、i8-ESDはESD対策が必要なギヤに適するとされています。